Måler hvor lang tid kvantetunnelering tager

Måling af den præcise varighed af kvantetunnelering er en vedvarende udfordring inden for kvantefysik, da det involverer at optrevle partiklernes komplekse dynamik på kvanteniveau. I modsætning til klassiske partikler, der krydser en defineret bane, tillader kvantetunnelering partikler at passere gennem barrierer eller potentielle energibarrierer uden klassisk at overvinde dem.

En tilgang til at måle tunneleringstiden involverer at observere interferensen mellem to kvantetilstande, hvoraf den ene oplever tunnelering, og den anden fungerer som en reference. Dette koncept er ofte realiseret gennem eksperimenter kendt som "kvante tunneling forsinkelse eksperimenter" eller "kvante interferens eksperimenter."

I disse eksperimenter er en stråle af partikler, såsom elektroner eller fotoner, opdelt i to baner, hvilket skaber en sammenhængende superposition af tilstande. Den ene vej inkluderer en barriere, som partiklerne kan tunnelere igennem, mens den anden vej fungerer som reference uden barriere. De to stråler kombineres derefter igen, og det dannede interferensmønster indeholder information om faseforskellen mellem de tunnelerende og ikke-tunnelerende komponenter.

Ved omhyggeligt at måle interferensmønsteret bliver det muligt at udlede information om den tidsforsinkelse, som tunnelingsprocessen introducerer. Denne tidsforsinkelse kan tilskrives den begrænsede tid, det tager for partiklen at passere gennem barrieren, hvilket giver indsigt i den forbigående dynamik af kvantetunnelering.

Men at måle tunneleringstiden er meget udfordrende på grund af dekohærenseffekter. Dekohærens er tabet af kvantekohærens forårsaget af interaktioner med omgivelserne, som kan sløre interferensmønsteret og sløre den præcise timinginformation. For at afbøde dette problem udføres eksperimenter i omhyggeligt kontrollerede miljøer med lave niveauer af støj og dekohærens.

En anden eksperimentel teknik til sondering af tunnelingstid involverer attosekundspektroskopi, hvor ekstremt korte lysimpulser i attosekundområdet (1 attosekund =10^-18 sekunder) bruges til at fange den ultrahurtige dynamik af tunneling. Ved at manipulere og observere den tidsmæssige udvikling af kvantetunnelering, sigter forskerne på at afdække tidsskalaerne forbundet med denne proces.

Som konklusion forbliver måling af den præcise varighed af kvantetunnelering en kompleks opgave på grund af udfordringerne med at observere og skelne partiklernes forbigående opførsel under tunnelingsprocessen. Kvanteinterferenseksperimenter og attosekundspektroskopi er blandt de teknikker, der anvendes til at få indsigt i timingen af ​​kvantetunnelering, hvilket giver værdifuld information til at fremme vores forståelse af kvantemekanik.